CRISTALIZACIONConcepto de cristalizacinLa cristalizacin es un proceso por el cual ciertas sustancias adoptan la forma cristalina; y se utiliza en las mezclas homogneas conformadas por un slido (soluto) disuelto en agua (solvente) para separar lasustanciaslida, eliminando la lquida que no interesa recuperar, porevaporacin, usndose frecuentemente en lapurificacinde slidos.

Se utiliza para ello un cristalizador, que es un recipiente de poca altura, de vidrio y de amplia boca, donde se coloca la mezcla y se procede a calentarla. Al evaporarse el lquido, por el aumento de la energacinticade sus molculas, el slido precipita (cae) y queda en el cristalizador, con forma cristalina, o sea, constituyndose un slidohomogneo, de molculas estticas, delimitado por caras planas, como ocurre para producir sal o azcar.Se usa tambin el trmino cristalizacin para referirse a las ideas, proyectos o sentimientos que toman forma y se concretan. Por ejemplo: Su amor cristaliz en una familia. Adems, se aplica a situaciones que ya no admiten variantes. Por ejemplo, ladiscusinsobre el divorcio, se cristaliz en las leyes que lo regulan. Se dice que laactividadpolticacomo un fluir o accionar, se cristaliza en el Estado comoinstitucin.En los test para medir el coeficiente intelectual se toman en cuenta lainteligenciacristalizada y la fluida; siendo la primera, la que se basa en conocimientos y habilidades ya adquiridas (que se cristalizaron pues ya estn incorporados a la mente) y la segunda, en procesos que originan nuevos medios de solucin de problemas novedosos, y el individuo debe relacionar los conceptos cristalizados que posee, para adaptarlos a las nuevas situaciones.Twittearhttp://deconceptos.com/ciencias-naturales/cristalizacionCRISTALES Y CRISTALIZACINCristalizacinLa operacin de cristalizacin es aquella por media de la cual se separa un componente de una solucin liquida transfirindolo a la fase slida en forma de cristales que precipitan. Es una operacin necesaria para todo producto qumico que se presenta comercialmente en forma de polvos o cristales, ya sea el azcar o sacarosa, la sal comn o cloruro de sodio.En la cadena de operaciones unitarias de los procesos de fabricacin se ubica despus de la evaporacin y antes de la operacin de secado de los cristales y envasado.Toda sal o compuesto qumico disuelto en algn solvente en fase liquida puede ser precipitada por cristalizacin bajo ciertas condiciones de concentracin y temperatura que el ingeniero qumico debe establecer dependiendo de las caractersticas y propiedades de la solucin, principalmente la solubilidad o concentracin de saturacin, la viscosidad de la solucin, etc.Para poder ser transferido a la fase slida, es decir, cristalizar, un soluto cualquiera debe eliminar su calor latente o entalpa de fusin, por lo que el estado cristalino adems de ser el mas puro, es el de menor nivel energtico de los tres estados fsicos de la materia, en el que las molculas permanecen inmviles unas respecto a otras, formando estructuras en el espacio, con la misma geometra, sin importar la dimensin del cristal.Tipo de cristalesUn cristal puede ser definido como un slido compuesto de tomos arreglados en orden, en un modelo de tipo repetitivo. La distancia interatmica en un cristal de cualquier material definido es constante y es una caracterstica del material. Debido a que el patrn o arreglo de los tomos es repetido en todas direcciones, existen restricciones definidas en el tipo de simetra que el cristal posee.La forma geomtrica de los cristales es una de las caractersticas de cada sal pura o compuesto qumico, por lo que la ciencia que estudia los cristales en general, la cristalografa, los ha clasificado en siete sistemas universales de cristalizacin:Sistema CbicoLas sustancias que cristalizan bajo este sistema forman cristales de forma cbica, los cuales se pueden definir como cuerpos en el espacio que manifiestan tres ejes en ngulo recto, con segmentos, ltices, aristas de igual magnitud, que forman seis caras o lados del cubo. A esta familia pertenecen los cristales de oro, plata, diamante, cloruro de sodio, etc.Sistema TetragonalEstos cristales forman cuerpos con tres ejes en el espacio en ngulo recto, con dos de sus segmentos de igual magnitud, hexaedros con cuatro caras iguales, representados por los cristales de oxido de estao.Sistema OrtorrmbicoPresentan tres ejes en ngulo recto pero ninguno de sus lados o segmentos son iguales, formando hexaedros con tres pares de caras iguales pero diferentes entre par y par, representados por los cristales de azufre, nitrato de potasio, sulfato de bario, etc.Sistema MonoclnicoPresentan tres ejes en el espacio, pero slo dos en ngulo recto, con ningn segmento igual, como es el caso del brax y de la sacarosa.Sistema TriclnicoPresentan tres ejes en el espacio, ninguno en ngulo recto, con ningn segmento igual, formando cristales ahusados como agujas, como es el caso de la cafena.Sistema HexagonalPresentan cuatro ejes en el espacio, tres de los cuales son coplanares en ngulo de 60, formando un hexgono bencnico y el cuarto en ngulo recto, como son los cristales de zinc, cuarzo, magnesio, cadmio, etc.Sistema RombodricoPresentan tres ejes de similar ngulo entre si, pero ninguno es recto, y segmentos iguales, como son los cristales de arsnico, bismuto y carbonato de calcio y mrmol.Importancia de la cristalizacin en la industriaEn muchos casos, el producto que sale para la venta de una planta, tiene que estar bajo la forma de cristales. Los cristales se han producido mediante diversos mtodos de cristalizacin que van desde los ms sencillos que consisten en dejar reposar recipientes que se llenan originalmente con soluciones calientes y concentradas, hasta procesos continuos rigurosamente controlados y otros con muchos pasos o etapas diseados para proporcionar un producto que tenga uniformidad en la forma, tamao de la partcula, contenido de humedad y pureza. Las demandas cada vez mas crecientes de los clientes hacen que los cristalizadores sencillos por lotes se estn retirando del uso, ya que las especificaciones de los productos son cada vez ms rgidas.La cristalizacin es importante como proceso industrial por los diferentes materiales que son y pueden ser comercializados en forma de cristales. Su empleo tan difundido se debe probablemente a la gran pureza y la forma atractiva del producto qumico slido, que se puede obtener a partir de soluciones relativamente impuras en un solo paso de procesamiento. En trminos de los requerimientos de energa, la cristalizacin requiere mucho menos para la separacin que lo que requiere la destilacin y otros mtodos de purificacin utilizados comnmente. Adems se puede realizar a temperaturas relativamente bajas y a una escala que vara desde unos cuantos gramos hasta miles de toneladas diarias. La cristalizacin se puede realizar a partir de un vapor, una fusin o una solucin. La mayor parte de las aplicaciones industriales de la operacin incluyen la cristalizacin a partir de soluciones. Sin embargo, la solidificacin cristalina de los metales es bsicamente un proceso de cristalizacin y se ha desarrollado gran cantidad de teora en relacin con la cristalizacin de los metales.La cristalizacin consiste en la formacin de partculas slidas en el seno de una fase homognea.Las partculas se pueden formar en una fase gaseosa como en el caso de la nieve, mediante solidificacin a partir de un lquido como en la congelacin de agua para formar hielo o en la manufactura de monocristales, o bien por cristalizacin de soluciones lquidas.Se puede decir que la cristalizacin es un arte, dando a entender que la realidad tcnica es sobrepasada en ocasiones por todos los factores empricos que estn involucrados en la operacin.Estos sistemas geomtricos son constantes para los cristales del mismo compuesto qumico, independientemente de su tamao. Los cristales son la forma ms pura de la materia, su bien sucede que precipitan simultneamente cristales de varias sustancias formando soluciones slidas de varios colores como son los minerales como el mrmol veteado, el jade, onix, turquesas, etc., en los cuales cada color es de cristales de una sal diferente. Sin embargo cuando cristaliza solamente un solo compuesto qumico, los cristales son 100% puros.Adems de su forma geomtrica, los cristales son caracterizados por su densidad, su ndice de refraccin, color y dureza.http://www.textoscientificos.com/quimica/cristaleshttp://webdelprofesor.ula.ve/ingenieria/yoanacastillo/materias/ope_4/cristalizacion.pdf

Cristalizacin Cristalizacin

Concepto:Proceso por el cual ciertas sustancias adoptan la forma cristalina; y se utiliza en las mezclas homogneas conformadas por un slido (soluto) disuelto en agua (solvente) para separar la sustancia slida, eliminando la lquida que no interesa recuperar, por evaporacin, usndose frecuentemente en la purificacin de slidos.

Cristalizacin. Tcnica de separacin de disoluciones en la que las condiciones se ajustan de tal forma que slo puede cristalizar alguno de los solutos permaneciendo los otros en la disolucin. Esta operacin se utiliza con frecuencia en la industria para la purificacin de las sustancias que, generalmente, se obtienen acompaadas de impurezas. Contenido5f[ocultar] 1 Proceso de cristalizacin 1.1 Pureza del producto 1.2 Equilibrio y rendimientos 1.3 Solubilidad de equilibrio en la cristalizacin 2 Crecimiento y propiedades de los cristales 2.1 Nucleacin 3 Velocidad de cristalizacin 4 Efecto de las impurezas 5 Efecto de la temperatura sobre la solubilidad 6 Cristalizacin fraccionada 7 FuentesProceso de cristalizacinEn este proceso, una sustancia slida con una cantidad muy pequea de impurezas se disuelve en un volumen mnimo de disolvente (caliente si la solubilidad de la sustancia que se pretende purificar aumenta con la temperatura). A continuacin la disolucin se deja enfriar muy lentamente, de manera que los cristales que se separen sean de la sustancia pura, y se procede a su filtracin. El filtrado, que contiene todas las impurezas, se suele desechar. Para que la cristalizacin fraccionada sea un mtodo de separacin apropiado, la sustancia que se va a purificar debe ser mucho ms soluble que las impurezas en las condiciones de cristalizacin, y la cantidad de impurezas debe ser relativamente pequea. Comnmente las impurezas estn presentes en concentraciones bajas y ellas regresan a la solucin aun cuando la solucin se enfra. Si se necesita una pureza extrema del compuesto, los cristales filtrados pueden ser sujetos a re-cristalizacin y, naturalmente, en cada cristalizacin resulta una prdida del soluto deseado que se queda en el lquido madre junto con las impurezas. El solvente ideal para la cristalizacin de un compuesto particular es aquel que: No reacciona con el compuesto. Hierve a temperatura por debajo del punto de fusin del compuesto. Disuelve gran cantidad del compuesto cuando esta caliente. Disuelve una pequea cantidad de compuesto cuando esta fro. Es moderadamente voltil y los cristales pueden ser secados rpidamente. No es txico, no es inflamable y no es caro las impurezas deberan ser insolubles en el solvente para que puedan ser separadas por filtracin. Pureza del productoUn cristal en si es muy puro. Sin embargo, cuando se separa del magma final la cosecha de cristales, sobre todo si se trata de agregados cristalinos, la masa de slidos retiene una cantidad considerable de aguas madres. Por consiguiente, si el producto se seca directamente, se produce una contaminacin que depende de la cantidad y del grado de impureza de las aguas madres retenidas por los cristales. Equilibrio y rendimientosEn muchos procesos industriales de cristalizacin los cristales y las aguas madres permanecen en contacto durante el tiempo suficiente para alcanzar el equilibrio, de forma que las aguas madres estn saturadas a la temperatura final del proceso. El rendimiento de la cristalizacin se puede calcular a partir de la concentracin de la solucin original y la solubilidad a la temperatura final. Si se produce una evaporacin apreciable durante el proceso es preciso tenerla en cuenta. Cuando la velocidad de crecimiento de los cristales es pequea, se necesita un tiempo relativamente grande para alcanzar el equilibrio, sobre todo cuando la solucin es viscosa o cuando los cristales se depositan en el fondo del cristalizador, de forma que la superficie de cristales expuesta a la solucin sobresaturada es pequea. En estos casos, las aguas madres finales pueden contener una considerable sobresaturacin y el rendimiento real ser menor que el calculado a partir de la curva de solubilidad. Cuando los cristales son anhidros, el clculo del rendimiento resulta sencillo, puesto que la fase slida no contiene disolvente. Si los cristales contienen agua de cristalizacin es necesario tenerla en cuenta, ya que esta agua no esta disponible para el soluto que permanece en la solucin. Los datos de solubilidad s expresan generalmente en partes de masa de material anhidro por ciento partes de masa de disolvente total, o bien en tanto por ciento en masa de soluto anhidro. En estos datos no se tiene en cuanta el agua de cristalizacin. La clave para el clculo de rendimientos de solutos hidratados consiste en expresar todas las masas y concentraciones en funcin de sal hidratada y agua libre. Como esta ltima permanece en la fase liquida durante la cristalizacin, las concentraciones y cantidades basadas en el agua libre se pueden restar para obtener un resultado correcto. Solubilidad de equilibrio en la cristalizacinEl equilibrio en la cristalizacin de cualquier sistema puede ser definido en trminos de su curva de solubilidad o saturacin y sobresaturacin. La curva de sobresaturacin difiere de la de solubilidad en que su posicin no es solamente una propiedad de el sistema sino tambin depende de otros factores como el rango de enfriamiento, el grado de agitacin y la presencia de partculas extraas. Sin embargo bajo ciertas condiciones, la curva de sobresaturacin para un sistema dado es definible, reproducible, y representa la mxima sobresaturacin que el sistema puede tolerar, punto en el cual la nucleacin ocurre espontneamente. La curva de solubilidad describe el equilibrio entre el soluto y el solvente y representa las condiciones bajo las cuales el soluto cristaliza y el licor madre coexiste en equilibrio termodinmico. Las curvas de saturacin y sobresaturacin dividen el campo de concentracin-temperatura en tres zonas: La regin insaturada, a la derecha de la curva de saturacin. La regin meta estable, entre las dos curvas. La regin sobresaturada o lbil, a la izquierda de la curva de sobresaturacin. Un tpico diagrama de equilibrio en cristalizacin se muestra en la figura debajo: De acuerdo a la teora original de Miers, en la regin insaturada, los cristales del soluto se disolvern, el crecimiento de los cristales ocurrir en la zona meta estable, y la nucleacin ocurrir instantneamente en la zona lbil. Investigaciones subsecuentes encontraron como otros factores afectan a la nucleacin adems de la sobresaturacin. Crecimiento y propiedades de los cristalesNucleacinEl fenmeno de la nucleacin es esencialmente el mismo para la cristalizacin a partir de una solucin, cristalizacin a partir de un producto fundido, condensacin de gotas de niebla en una vapor sobre-enfriado, y generacin de burbujas en un liquido sobrecalentado, en todos los casos, la nucleacin s produce como consecuencia de rpidas fluctuaciones locales a escala molecular en una fase homognea que esta en estado de equilibrio metaestable. Los ncleos cristalinos se pueden formar a partir de molculas, tomos, o iones. En soluciones acuosas pueden ser hidratados. Debido a sus rpidos movimientos, estas partculas reciben el nombre de unidades cinticas. Para un volumen pequeo del orden de 100 oA, la teora cintica establece que las unidades cinticas individuales varan grandemente en localizacin, tiempo, velocidad, energa, y concentracin. Los valores, aparentemente estacionarios, de las propiedades intensivas, densidad, concentracin y energa, correspondientes a una masa macroscpica de solucin, son en realidad valores promediados en el tiempo de fluctuaciones demasiado rpidas y pequeas para poder ser medidas a escala macroscpica. Debido a las fluctuaciones, una unidad cintica individual penetra con frecuencia en el campo de fuerza de otra u las dos partculas se unen momentneamente, lo normal es que se separen inmediatamente, pero, si se mantienen unidas, se le pueden unir sucesivamente otras partculas. Las combinaciones de este tipo reciben el nombre de agregados. La unidad de partculas, de una en una, a un agregado constituye una reaccin en cadena que se puede considerar como una seria de reacciones qumicas reversibles de acuerdo con el siguiente esquema: donde A1 es la unidad cintica elemental, y el subndice representa el nmero de unidades que forman el agregado. Cuando m es pequeo, un agregado no se comporta como una partcula que forma una nueva fase con una identidad y limite definidos. Al aumentar m, el agregado se puede ya reconocer y recibe el nombre de embrin. La inmensa mayora de los embriones tienen una vida muy corta, rompindose para volver formar agregados o unidades individuales. Sin embargo, dependiendo de la sobresaturacin, algunos embriones crecen hasta un tamao suficiente para alcanzar el equilibrio termodinmico con la solucin. En este caso el embrin recibe el nombre de ncleo. El valor de m para un ncleo esta comprendido en el intervalo de unas pocas unidades a varios centenares. El valor de m para los ncleos de agua lquida es del orden de 80. Los ncleos se encuentran en equilibrio inestable: si pierden unidades se disuelven y si las ganan se transforman en un cristal, la secuencia de etapas en la formacin de un cristal es por consiguiente Agregado => embrin => ncleo => cristal. Velocidad de cristalizacinLa velocidad de crecimiento de un cristal es conocida como velocidad de cristalizacin. La cristalizacin puede ocurrir solamente desde soluciones sobresaturadas. El crecimiento ocurre primero con la formacin del ncleo, y luego con su crecimiento gradual. En concentraciones arriba de la sobresaturacin, la nucleacin es concebida como espontnea, y rpida. En la regin metaestable, la nucleacin es causada por un golpe mecnico, o por friccin y una nucleacin secundaria puede resultar de el rompimiento de cristales ya formados. Ha sido observado que la velocidad de cristalizacin se ajusta a la siguiente ecuacin: Los valores del exponente m se encuentran en el rango de 2 a 9, pero no ha sido correlacionada como un valor cuantitativo que se pueda estimar. Esta velocidad es media contando el nmero de cristales formados en periodos determinados de tiempo. Esta velocidad depende de su superficie instantnea y de la velocidad lineal de la solucin, que pasa a la solucin as como tambin de la sobresaturacin. Los valores del exponente n se sitan en el orden de 1.5, pero de nuevo no existe una correlacin en el diseo de los cristalizadores que pueda estimarlo. El crecimiento del cristal es un proceso capa por capa y, ya que slo puede ocurrir en la cara del cristal, es necesario transportar material a la cara, desde la solucin. Debe considerarse la resistencia de difusin al desplazamiento de las molculas (o iones) hacia la cara creciente del cristal y la resistencia a la integracin de estas molculas a la cara. Caras diferentes pueden tener velocidades de crecimiento distintas y estas se pueden tener velocidades de crecimiento distintas y stas se pueden alterar en forma selectiva mediante la adicin o eliminacin de impurezas. Efecto de las impurezasEl ambiente qumico, e.g. la presencia de relativamente bajas concentraciones de sustancias ajenas a las especies a cristalizar, ya sea impurezas, etc, juega un importante papel en la optimizacin de los sistemas de cristalizacin. Su papel es muy importante por diversas razones.La primera, todos los materiales son impuros o contienen trazas de impurezas aadidas durante su procesamiento. La variacin aleatoria de las impurezas es un efecto indeseable. Su efecto en las especies a cristalizar debe ser bien conocido, si sobre el sistema de cristalizacin se desea establecer un control satisfactorio. La segunda, y la ms importante, es posible influenciar la salida y el control del sistema de cristalizacin, o cambiar las propiedades de los cristales mediante la adicin de pequeas cantidades de aditivos cuidadosamente elegidos. Esto, agregando ciertos tipos y cantidades de aditivos es posible controlar el tamao de los cristales, la distribucin de tamao del cristal, el hbito del cristal y su pureza. El ambiente qumico puede ser utilizado apropiadamente para variar: Alterando significativamente la cintica de cristalizacin y de aqu la distribucin de tamao del cristal. Tener mejor control del cristalizador. Mejorar la calidad del producto y/o el rendimiento, mediante la produccin de un cierto tipo de cristal. Producir cristales muy puros de ciertos materiales en los cuales las impurezas sean inaceptables. Efecto de la temperatura sobre la solubilidadDisolver en una determinada cantidad de un disolvente a una temperatura especifica. La temperatura afecta la solubilidad de la mayora de las sustancias. La mayora de los compuestos inicos, aunque no en todos, la solubilidad de la sustancia slida aumenta con la temperatura. Sin embargo no hay una correlacin clara entre el signo del Hdisolucin y la variacin de la solubilidad con la temperatura. Por ejemplo, el proceso de disolucin del CaCl2 es exotrmico y el del NH4NO3 es endotrmico. Pero la solubilidad de ambos compuestos aumenta con la temperatura. En general, el efecto de la temperatura sobre la solubilidad debe determinarse de forma experimental. Cristalizacin fraccionadaLa dependencia de la solubilidad de un slido respecto de la temperatura vara de manera considerable. Por ejemplo, la solubilidad de NaNO3 aumenta muy rpido con la temperatura, en tanto que la del NaBr casi no cambia. Esta gran variacin proporciona una forma para obtener sustancias puras a partir de mezclas. La cristalizacin fraccionada es la separacin de una mezcla de sustancias en sus componentes puros con base en sus diferentes solubilidades. Supongamos que se tiene una muestra de 90 g de KNO3 contaminada con 10 g de NaCl. Para purificar al primero, se disuelve la mezcla en 100 mL de agua a 60C y entonces la disolucin se enfra de manera gradual hasta 0C. A esta temperatura las solubilidades de KNO3 y del NaCl son 12.1 g/100 g de H2O y 34.2 g/100 g de H2O respectivamente. As, se separa de la disolucin (90-12) g o 78 g de KNO3, pero todo el NaCl permanecer disuelto. De esta forma, se puede obtener alrededor del 90% de la cantidad original de KNO3 en forma pura. Los cristales de KNO3 se pueden separar de la disolucin por filtracin. Muchos de los compuestos slidos, inorgnicos y orgnicos, que se utilizan en el laboratorio se purifican mediante la cristalizacin fraccionada. El mtodo funciona mejor si el compuesto que se va a purificar tiene una curva con una fuerte pendiente, es decir, si es mucho ms soluble a altas temperaturas que a bajas temperaturas. De otra manera, una gran parte del compuesto permanecer disuelto a medida que se enfra la disolucin. La cristalizacin fraccionada tambin funciona si la cantidad de impurezas en la disolucin es relativamente pequea.